汽車發動機怠速抖動故障診斷與檢修方法

賀 民 ， 王儷穎

（廣西理工職業技術學校，廣西 南寧 530031）

正常情況下，發動機啟動及運行時發動機的正常空燃比受到影響，導致發動機怠速時出現不規則的抖動。發動機怠速抖動故障會增加汽車怠速噪聲，通過傳遞路徑振動會傳遞到汽車方向盤以及座椅上，嚴重影響汽車駕駛人員的操作感受。同時，當汽車發動機怠速抖動幅度比較大時，方向盤會難以控制，很容易出現交通事故，危及駕駛人員的人身安全，因此對汽車發動機怠速抖動故障進行診斷以及檢修是非常必要的。

傳統的汽車發動機怠速抖動故障診斷方法主要有經驗判斷法、儀器儀表分析法、軟件系統診斷法以及基于狀態識別的發動機怠速抖動故障診斷法。其中，直觀診斷法只適用于怠速抖動幅度比較大的故障，對于一些細微的不規則抖動故障無法診斷，而且這種方法對于維修人員經驗要求比較高，因此不常被使用。其他3種方法是目前比較常用的方法，這3種方法診斷原理基本一致，主要是將發動機故障碼作為怠速抖動故障診斷依據對其進行分析。但如果是發動機點火系統出現了問題而導致發動機怠速抖動，在這種狀況下只依靠故障碼進行故障診斷，就不能完全快速準確地查詢故障，從而影響故障檢修效率。

基于上述分析，筆者提出了一種新的汽車發動機怠速抖動故障診斷與檢修方法。

1 方法設計

1.1 讀取汽車發動機動態數據流

根據汽車發動機怠速抖動故障特征以及診斷需求，采用V.A.H.F1653故障閱讀儀讀取發動機動態數據流，在對發動機怠速動態數據流測量之前，首先要檢查汽車發動機是否滿足以下3個條件：1）發動機蓄電池的電壓是否大于12.55 V；2）汽車發動機熔斷器是否正常；3）汽車發動機搭鐵線是否正常。如果沒有滿足以上3個條件，采集的發動機動態數據流會存在較大誤差。在做好準備工作之后，按照以下步驟使用V.A.H.F1653故障閱讀儀測量汽車發動機。

第一步：將V.A.H.F1653故障閱讀儀和汽車發動機使用V.A.H.F4651/64電纜連接到診斷插座上，接通電源。

第二步：打開汽車點火開關，使發動機處于怠速運轉狀態，受到汽車點火開關影響發動機在運行初期也會出現怠速抖動，但是這種抖動會慢慢消失，并非故障性的發動機怠速抖動故障。因此在運行10 min等發動機怠速狀態穩定后，打開V.A.H.F1653故障閱讀儀電源開關，開始檢測[1]。

第三步：在V.A.H.F1653故障閱讀儀上輸入汽車發動機電子系統的地址指令，正常情況下該指令為01，點擊確定鍵，此時故障閱讀儀會出現發動機相關信息，比如發動機排量、電控單元編號、電控單元軟件版本等[2]。

第四步：V.A.H.F1653故障閱讀儀上含有多種功能代碼，具體如表1所示。

表1 故障閱讀儀功能表

根據實際需求選擇相應的功能代碼，此次是采集汽車發動機動態數據，因此輸入VSHFI功能代碼，并按確認鍵確認。

第五步：在V.A.H.F1653故障閱讀儀上輸入相應的組別號，即可獲取汽車發動機動態數據流。

按照上述流程對汽車發動機動態數據流讀取3次，以1 min作為一個數據流讀取周期，以3次結果的平均值作為讀取的最終數據，并按照時間先后將數據進行排序，建立數據流文件，并對數據流文件名按照發動機型號進行創建，將其上傳到計算機上，為后續怠速故障診斷及故障波形分析提供數據依據。

1.2 診斷發動機怠速抖動故障

將讀取到的汽車發動機動態數據流上傳到計算機上，對發動機怠速抖動故障進行診斷分析，其過程如下。在分析之前，為了保證波形反演精度，需要對數據流進行預處理，對數據流中格式錯誤的數據進行格式修改，統一數據格式，再刪除數據中不完整、重復的數據，節省計算分析時間，在此基礎上對數據進行歸一化處理，其用公式表示如下：

式中，ct表示歸一化處理后時間t點對應的汽車發動機電壓數據；n表示迭代次數；k表示歸一化系數，通常該系數取值為0.01；c*表示原始數據[3]。

在正常狀態下，發動機在運行過程中電壓值處于穩定的狀態，雖然不能保持始終不變的狀態，但是其上下波動幅度比較小，上下不相差0.5 V，如果在一段時間內發動機電壓波動幅度多次超過0.5 V，且波動頻率出現異常，就可以判定發動機存在怠速抖動故障。根據以上分析，首先根據讀取的數據流計算出發動機電壓波動頻率，其計算公式如下：

式中，P表示發動機異常波動頻率；t表示發動機怠速運行時長；u表示怠速運行過程中電壓超出標準值次數[4]。

在實際應用中，不能因發動機出現異常波動就判定汽車發動機存在怠速抖動故障，有時一些其他外界干擾因素也會引起汽車發動機怠速抖動，因此可設定一個閾值，根據該閾值診斷發動機是否存在怠速抖動故障，其用公式表示如下：

式中，C表示汽車發動機怠速抖動故障狀態；H表示故障診斷閾值。如果發動機異常波動頻率大于該閾值，則說明此時汽車發動機運行狀態為怠速抖動故障狀態。

1.3 發動機怠速抖動波形分析及檢修

為了提高發動機怠速抖動故障檢修效率，利用波形分析法分析故障原因。發動機怠速抖動故障主要是因為汽車點火系統或者燃油系統出現了問題[5]。因此，又將抖動故障分為點火系統引起與燃油系統引起兩種類型，不同類型發動機怠速抖動波形特征不同，將診斷為怠速抖動故障的數據流輸入到ADOH視波軟件中，以時間為橫坐標、以發動機電壓為縱坐標建立坐標軸，按照時間順序將數據映射到坐標軸上，此時會顯示發動機怠速抖動波形圖[6]。選擇一組沒有故障的汽車發動機數據流，同樣將數據映射到該坐標上，如圖1所示。如圖1所示，在發動機怠速抖動波形圖上可以觀察到汽車發動機電壓變化情況，根據查閱的相關資料，如果是因汽車點火系統存在點火不正常而導致發動機怠速抖動故障，發動機電壓振蕩幅度會非常大，上下波動差異較大；如果是因為汽車燃油系統問題而導致發動機怠速抖動故障，汽車電壓波形會出現衰減振蕩頻率異常的特征[7]。根據汽車發動機怠速抖動波形特征確定故障類型，進而對相應的系統進行維修。

圖1 發動機怠速抖動波形圖

2 實驗論證分析

實驗以某品牌汽車發動機為實驗對象，選取7臺使用時間不同且怠速抖動故障特征明顯的發動機，利用本文方法與傳統方法對7臺發動機怠速故障進行診斷與檢修。

實驗準備了1臺V.A.H.F1653故障閱讀儀，將其數據讀取頻率設定為1.42 Hz，讀取對象為發動機怠速運行電壓，將汽車發動機怠速目標轉速設定為900 r/min，節氣門開度設定為5.6%，發動機怠速運行檢測時間為30 s，讀取的數據流量為0.46 GB。按照上文設計流程進行數據分析，根據分析7臺發動機中有3臺因汽車點火系統引起怠速抖動故障，剩余4臺因汽車燃油系統引起怠速抖動故障，與實際情況完全吻合，說明設計方法對于發動機故障的診斷具有較高的精度。根據分析結果，對7臺發動機存在問題的系統進行維修，然后重新安裝和啟動發動機，發動機怠速工況運行平穩，說明怠速抖動故障排除。

以讀取發動機故障數據流為起始時間，以維修完汽車發動機為結束時間，對每臺發動機檢修耗時進行記錄，將其作為檢驗兩種方法應用效果的指標，具體如表2所示。

表2 應用兩種方法進行故障檢修耗時對比

從表2中的數據可以看出，應用本文方法檢修單個發動機怠速抖動故障耗時比較短，最短時間為2.28 min，平均檢修耗時為4.75 min；而應用傳統方法檢修單個發動機怠速抖動故障最長耗時為33.32 min，平均耗時為27.73 min，遠遠高于運用本文方法的耗時。

這是因為本文方法采用了波形分析法，根據采集的發動機動態數據流繪制抖動波形圖，能夠直觀地看出發動機怠速抖動故障特征，簡化了故障分析流程，從而能夠快速完成發動機怠速抖動故障檢修任務。實驗結果證明，本文方法在使用效果上優于傳統方法，能夠有效提高汽車發動機怠速抖動故障診斷與檢修效率[8-10]。

3 結語

怠速抖動是汽車發動機最常見也是難以診斷的故障之一，發動機作為汽車的核心零件，其運行狀態直接關系到駕駛員行車感受和行駛安全性[11-14]。

針對現有方法在實際應用中表現出的問題，筆者利用波形分析法設計了一種新的故障診斷與檢修方法，有效提高了汽車發動機怠速抖動故障檢修效率以及診斷精度，同時也為基于波形分析法的故障診斷與檢修方法研究提供了參考依據，此次研究具有重要的現實意義。由于該方法尚未在實踐中大量使用，可能存在一些問題，今后仍會對該方面進行深層次研究，為汽車發動機故障識別提供有力的理論支撐。